Uçak Motoru

Uçakların uçuşunu, havada tutunmasını sağlayan kanatlardır. Motorların görevi ise uçağı öne doğru iterek hava akımının kanatların üstünden gitmesini sağlayarak kaldırma kuvveti oluşturmaktır.

motorunun ana fonksiyonu uçağa gereken hareketi sağlamaktır.

 

Motorun uçaktaki diğer fonksiyonları ise;

  • Elektrik gücü sağlar
  • Hidrolik gücü sağlar
  • Pnomatik gücü sağlar
  • Pistonlu Motorlar
  • Turbofan Motorlar
  • Motorlar
  • Turboprop Motorlar

1.Pistonlu Motorlar

  • a.Benzinli Motorlar

Bu tip motorlar temel olarak kara taşıtlarında kullanılan benzinli, içten yanmalı motorlarla benzerlik taşırlar. Karbüratörlü veya enjektörlü olabilirler. Karbüratör daha yaygındır. Bu motorların bildiğimiz otomobil motorlarından başlıca farkları;

Daha hafiftirler, daha az yer kaplaması ve ağırlık tasarrufu için silindirleri ya Boksör olarak isimlendirilen karşılıklı olarak dizilirler, ya da Yıldır olarak isimlendirilen silindirlerin bir yıldız veya daire şeklinde sıralandığı türleri vardır. Nadir olarak silindirleri V şeklinde sıralanmış motorları da kullanılmaktadır.

Kara taşıtı motorlarında olduğu gibi turboşarjlı ve enjeksiyonlu tipleri vardır.
Emniyet açısından her silindirde iki ateşleme bujisi bulunur.
Elektronik ateşleme veya platin yerine ateşleme sistemi çift manyetoludur. Elektronik ateşleme sistemi güvenilirlik açısından yeni yeni kullanılmaya başlanmıştır.
Bakım kolaylığı açısından silindirleri ayrı ayrı sökülüp takılabilir.
Akrobasi yapabilen uçaklarda motorların yakıt besleme ve yağlama sistemleri ve yere göre ters veya dik olsa bile çalışabilecek şekildedir.
Yüksek oktanlı benzin kullanılır.
Karbüratörlerinde buzlanmayı önlemek için ısıtıcı vardır.
soğutması genellikle hava akımı ile yapılır. Kara taşıtlarındaki gibi sıvı soğutma sistemleri artacak ağırlık nedeni ile tercih edilmemektedir.
Otomobil motorlarından farklı olarak hava-yakıt karışım miktarını ayar kolu vardır. yükseklik değiştirdikçe bu kolla ayar yapılmalıdır. Yükseldikçe hava yoğunluğu azalacağından bu kolla motorun aşırı ısınması kontrol altına alınır.

Uçaklardaki benzinli motorlarda kullanılan yüksek oktanlı benzinin hem jet yakıtına göre daha pahalı olması, hem de yüksek uçuculuğa sahip olmasının oluşturduğu tehlikeler nedeniyle benzinli motorlar gibi pistonlu içten yanmalı sınıfından olan dizel motorların uçaklarda kullanılması gündeme gelmiştir. Ayrıca dizel motorlarda yakıtın ateşlenmesi motorlarda sıkıştırma ile olduğundan, buji, manyeto gibi elektrikli ateşleme sistemlerine gerek kalmamaktadır ki bu da uçuş emniyetini daha da artırmaktadır. Gerek ABD ‘de NASA’nın GAP (General Aviation Propolsion) programında üreticisi firmalar ile FAA (ABD Federal Havacılık Dairesi) ile koordineli olarak ortak çalışmalar yapmaktadır. Bu çalışmalar pistonlu ve türbinli olarak iki ana koldan gitmektedir. Pistonlu motorlarda seçilen ve üzerinde çalışmalar yapılan türü iki zamanlı, sıvı soğutmalı, direkt enjeksiyonlu yatay olarak yerleştirilmiş dört silindirli jet- A yakıtı ile çalışan dizel motorlardır. İlk test motoru Teledyne Continental Motors (TCM) şirketinde Ekim 1998’ de test edilmeye başlanmıştır. 200 HP gücündeki bu 150 kg dan daha hafif olacaktır. Bu motorların özel tasarımları nedeniyle parça sayıları minimum olacaktır. Periyodik fabrika bakımı 3000 saatte bir olarak planlanmaktadır. Fiyatı da günümüz pistonlu motorlarından çok daha ucuz olacaktır. Bu motorlar elektronik olarak pilot tarafından tek bir gaz kolu ile kumanda edilecektir. Avrupa’da ise Renault firmasının için geliştirdiği aynı güçteki benzinli motorların ağırlığında olup yakıt harcaması çok daha düşüktür. Bu motorlar bir SOCATA uçağında başarıyla denenmiştir. Bu motorda NASA-TCM GAP motoru gibi olan, parlama sıcaklığı yüksek ve ucuz kerosene (Jet A) kullanılmaktadır.

2.

  • Jet Tepkisi Prensipleri

Jet Tepkisi Newton’un 3.Hareket kanunu olan “Bir cisme etki eden kuvvete eşit ve ters yönde bir tepki oluşur” kanunu ile açıklanabilir.

Jet Tepkisi, kütle ivmelendirildiği zaman üretili. Bu kütle sıvı, gaz veya katı olabilir.( için bu kütle havadır.)

F= m x a (Force = mass x acceleration)

Havanın ivmelenebilmesi için basınç arttırılmalıdır. Bu iki yolla sağlanabilir.

Mekanik Yöntemle (Kompresör)
Termal Yöntemle (yanma veya ısıtma ile havanın hacmi arttırılır.)

Her iki yöntemin kombinasyonu amaçlanan thrust’ı kazandırır.

Uçağı hareket ettirmekte kullanılan jet tepkisi, basit bir prensibe dayanmasına karşın, uygulamada zorlukları vardı.

1930′ lu yılların sonuna kadar, motorlarında, sürekli ve yeterli büyüklükte hava akışını sağlayacak bir kompresör yoktu.

1937 yılında Hans Joachim Von Ohain Santrifüj akışlı kompresör ve radyal türbin kombinasyonlu motoru yaptı.

1941 yılında bu kez Frank Whittle Santrifüj kompresör ve aksiyal turbin kombinasyonlu motoru yaptı.

Bu motorlar, günümüz gaz türbinli motorlarına temel oluşturmuştur. Yine bu tip motorların yapımı ısıya dirençli malzemelerin gelişimiyle mümkün olmuştur.

  • Thrust Kuvveti:

Thrust Kuvvetii motorun içinden geçen ortam havasının ivmelendirilmesi ile elde edilir. Burada belirleyici olan iki parametre vardır.

İvmelenen hava kütlesi miktarı (m)
ivmelenme miktarı (a)

F = m x (V2V1)

F : Thrust Kuvveti (kg)
m : hava kütlesi (kg/sn)
V2 : jet nozzle’ daki hava hızı (m/sn)
V1 : girişindeki hava hızı (m/sn)

 

Dış ortam koşullarına göre Jet thrust’ını etkileyen 4 faktör vardır;

  • Atmosfer basıncı
  • Hava sıcaklığı
  • Yükseklik
  • Uçağın Hızı

 

Motordan geçen hava kütlesinin karakterini değiştiren en önemli faktörler havanın sıcaklığı ve basıncıdır.

Yoğunluğun artması, sabit bir hacimde molekül sayısının artması demektir. Dolayısıyla düşük yoğunluk düşük thrust yaratır.

Hava sıcaklığının artması, havanın yoğunluğunu azaltır.
Hava basıncı artarsa, yoğunluk artar.
Yükseklik düşerse, yoğunluk artar.
Hava sıcaklığının artması, thrust’ı düşürür.

Yükseklik arttıkça hava basıncı azalır. Sıcaklık ise 36000 ft’e kadar azalır. Bu irtifadan sonra 36000-65000ft arası yaklaşık -56°C de sabit kalır. Yüksek irtifalarda daha soğuk hava sıcaklığı thrust da küçük artışlara neden olur. Ancak bu koşulda oluşan düşük basıncın, thrust’a olumsuz etkisi çok daha fazladır. ucaklar.org

Deniz seviyesinden 36000 ft’ kadar olan irtifa artışı sırasında thrust değeri sürekli azalır. 36000ft den daha yükseğe çıkıldığında ise hava sıcaklığının pozitif etkisi de ortadan kalktığı için thrust azalması daha da hızlı olur.

hızının, hava akışının ivmelenmesine etkisi ters orantılıdır. Yani hızı artarsa, motordan çıkan ve motora giren havanın hızları arasındaki fark azalır. Dolayısıyla hızı arttığında thrust’a etkisi negatif olur.(Thrust azalır.) Diğer taraftan hızının thrust a pozitif bir etkisi de vardır. Bu, motora giren hava akışına yaptığı ram etkisidir. hızı artarsa, hava akışı ve dolayısıyla thrust artar. Sonuç olarak hızının thrust üzerindeki net etkisi, yukarıda açıklanan ivmelenme ve ram etkilerinin kombinasyonudur.

  • Tiplerine Göre Thrust Oluşumu:

Tüm motorları atmosfer havasını ivmelendirerek thrust üretirler. Ancak yöntem tipine göre farklılıklar gösterir.

Çalışma prensibi yapısının aksine oldukça basittir. Motorun önünden emilen hava ”Compressor” isimli bölmede sıkıştırılıp yoğunlaştırılır, ”Combustion” isimli bölmede yakıt ile ateşlenir ve ”Turbine” isimli bölmeden geçerek egsoz görevi gören bölmeden dışarı atılır. Dışarı atılan hava hem itme görevi görür hemde ateşlendikten sonra ”Turbine” lerden geçerken enerjisinin bir kısmını, Turbine’lerin dönmesini sağlayarak kaybeder fakat bu sayede Compressor bölümündeki pervanelerin de dönmesine sebep olarak işleyen bir sistemin ortaya çıkmasını sağlar. Günümüzün modern yolcu uçaklarında motorlara rastlanmasa da zamanın öncü modelleri Comet, B707 ve DC-8 gibi uçaklarda kullanılmıştır. Günümüzde de halen askeri havacılıkta kullanıldığı mevcuttur. ucaklar.org

Tasarımda tek bir amaç düşünülmüştür. Bu da yüksek hızlı gaz üretmektir. Gaz enerjisinin bir kısmı kompresör ve aksesuarları tahrik için kullanılır. Kalan kısmıyla thrust elde edilir. Yüksek egsoz hızları, yüksek hızları sağlar. Ancak gürültü oluşumu çok fazladır. verim düşüktür. Diğer tipleri in geliştirilmesiyle elde edilmişlerdir. Çıkış noktası verimi yükseltmek olmuştur.

 

Turboprop
Özellikle 100 yolcu kapasitesinin altında kapasiteye sahip olan ve bölgesel uçuşlarda kullanılan modern yolcu uçaklarında yaygın olarak kullanılır. Bir çok yolcu bu uçakların motorlarının, pervaneli olduğu için 40’lı yada 50’li yılların öncesinde uçan günümüzde nostaljik değeri olan DC-3, DC-4 yada DC-6 gibi uçakların motorlarına benzediğini düşünse de yapıları arasında pek benzerlik yoktur. Eski zamanın pervaneli uçakları otomobil motorları gibi silindirlerden oluşan yanmalı motorlar idi. Oysa günümüzde kullanılan ve Turboprop isimli pervaneli motorların kalbi motorlar ile aynıdır diyebilirim. Motorun iç yapısı motorlara çok benzediği için, eski yıllarda kullanılan yıldız şeklinde olan silindirli motorlara kıyasla daha ince ve daha hafif olduklarından, daha az yakıt tüketirler. Turbofan motorlara kıyasla daha ekonomik olmaları avanyajdır fakat, titreşim sesinin kabinde rahatsızlık vermesi, daha düşük uçuş hızına sahip olmaları, uçuş yüksekliği arttıkça itiş güçlerinin daha kuvvetli düşmesi ve yapıları gereği kanatların altına monte edilmeleri zor olması gibi dezavantajlara sahiptirler. Güvenlik açısından Turbofan motorlar gibi son derece güvenli bir çeşididir.

Thrust’ı elde ederken, havanın miktarı fazla, ivmelendirme ise küçüktür Tahrik edilen bir propeller vardır Propeller ya doğrudan kompresör şaftından hareket alır ya da serbest türbin ve merkez tahrik şaftı (center drive shaft) kombinasyonu bunu sağlar. Ancak her iki sistemde de araya, yüksek türbin hızlarını düşürecek dişli grupları ilave edilmiştir. Tüm gaz enerjisi tork kuvvetine dönüşür. Verim yüksektir. Ancak propeller kullanımı, yüksek hızlarına olanak vermez.

 

Turbofan
Turbofan motorlar günümüzde sivil havacılığın ”Jet” motorlarıdır diyebiliriz. Aslında çalışma prensibi motorlarla aynı olan Turbofan motorların en büyük farkı, motorların girişinde bulunan ”Fan”isimli çapı en geniş olan pervanenin, hava akımının bir kısmını motorun içine daha doğrusu sıkıştırma, yanma ve enerji boşalımı olan kısma yönlendirmesi, bir kısmını da bu bölmenin etrafından dolaştırarak doğrudan dışarı atmasıdır. Bu sayede motorun iç kısmının etrafından dolanarak doğrudan dışarı atılan hava akımı, motorun itme gücünün yaklaşık %60-80 gibi büyük bir bölümünü oluşturur. Turbofan motorların motorlara kıyasla en büyük avantajları ise, hem aynı itme gücünde daha az yakıt tüketmeleridir hemde daha sessiz olmalarıdır. ucaklar.org

ve turboprop’un bir kombinasyonudur.(Bu iki tipin avantaj sağlayan özellikleri biraraya getirilmiştir) Fan, bir case içine alınmıştır. Genelde motorda ikili veya üçlü spool kulanılmıştır. Tahrik daima türbin kaynaklıdır. Fan’ın devrini düşürmek için kullanılan bir dişli grubu yoktur. Gaz enerjisinin büyük kısmı fan ve kompresörü çevirecek torkun oluşmasına harcanır. Geriye kalan sıcak gazın enerjisi,fan havası ile birlikte thrust’a çevrilir. Tüm thrust, core ve fandan elde edilen thrust ların toplamıdır. Turbofan motorda, fan’ın ivmelendirdiği hava akışı yüksek olmasına karşın, çıkış hızı düşüktür. Core’un ivmelendirdiği havanın miktarı azdır fakat çıkış hızı yüksektir. Bu ortamda fan havasının ürettiği thrust, bypass oranına bağlı olarak toplam thrust’ın % 80’den fazlasıdır. Bypass oranı Fan’ dan geçen havanın core dan geçen hava miktarına oranıdır.  Turbofan motorda, turboprop tipin yüksek verim ve thrust özellikleri ile tipin yüksek hız ve yüksek altitude özellikleri kullanılarak bir kombinasyon sağlanmıştır.

Bir Cevap Yazın